(57)【要約】【課題】  リードエレメント及び、このリードエレメントと電極群との結合構造を改善して、集電効率を向上させることのできる二次電池を提供する。【解決手段】  正極、負極、及び前記正極と前記負極との間に配置されるセパレータを含む電極群２０と、電極群２０が内蔵されるケース１１と、ケース１１に結合されることによってケース１１を密閉するためのキャップ組立体３０と、キャップ組立体３０に設置され、電極群２０にそれぞれ電気的に接続される正極端子及び負極端子と、電極群２０、前記正極端子、及び前記負極端子に電気的に接続されるリードエレメント５０，７０とを含む。前記正極及び前記負極は、活物質が塗布されない正極無地部及び負極無地部をそれぞれ有し、リードエレメント５０，７０は、前記正極無地部及び前記負極無地部の外周部における少なくとも１／２以上の範囲の領域と結合される。【選択図】図１
2006012830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極、負極、及び前記正極と前記負極との間に配置されるセパレータを含む電極群と、
前記電極群が内蔵されるケースと、
前記ケースに結合されることによって前記ケースを密閉するためのキャップ組立体と、
前記キャップ組立体に設置され、前記電極群にそれぞれ電気的に接続される正極端子及び負極端子と、
前記電極群、前記正極端子、及び前記負極端子に電気的に接続されるリードエレメントとを含み、
前記正極及び前記負極は、活物質が塗布されない正極無地部及び負極無地部をそれぞれ有し、前記リードエレメントは、前記正極無地部及び前記負極無地部の外周部における少なくとも１／２以上の範囲の領域と結合される、二次電池。
【請求項２】
前記正極無地部及び前記負極無地部は、複数層構造を呈するとともに、互いに対向するように配置され、
前記リードエレメントは、前記正極無地部の外周部と前記負極無地部の外周部とに結合される、請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記電極群は、前記正極無地部、前記負極無地部、及び前記セパレータがゼリーロールタイプに巻かれることによって形成される、請求項２に記載の二次電池。
【請求項４】
前記電極群は、前記正極無地部、前記負極無地部、及び前記セパレータがゼリーロールタイプに巻かれた状態で加圧されることによって、プレートタイプに形成される、請求項３に記載の二次電池。
【請求項５】
前記リードエレメントは、前記正極無地部及び前記負極無地部が有する少なくとも一対の辺を覆いながら、前記正極無地部及び前記負極無地部に結合される、請求項４に記載の二次電池。
【請求項６】
前記リードエレメントは、前記正極無地部及び前記負極無地部の外周部の互いに対向する２つの側面のうち、少なくとも一方の側面を覆うように、前記正極無地部及び前記負極無地部に結合される、請求項４に記載の二次電池。
【請求項７】
前記リードエレメントは、前記正極無地部及び前記負極無地部に溶接で固定される、請求項１に記載の二次電池。
【請求項８】
前記二次電池は、角形に形成される、請求項１に記載の二次電池。
【請求項９】
前記二次電池は、モータ駆動用である、請求項１に記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は二次電池に関し、より詳しくは電極群とリードエレメントとの結合構造に特徴を有する二次電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
二次電池は、充電が不可能な一次電池とは異なり充電及び放電が可能な電池である。一つの電池セルからなる低容量電池としての電池パックは、携帯電話、ノートブックコンピュータ、またはカムコーダのような携帯可能な小型電子機器に使用され、数十個の電池セルを連結して構成された大容量電池としての電池パックは、ハイブリッド電気自動車などのモータ駆動用電源として広く使用される。
【０００３】
前記二次電池は、多様な形状に製造されうるが、主に円筒形、または角形に製造される。二次電池は、帯状の正極、同じく帯状の負極、および前記正極と負極との間に配置される絶縁体であるセパレータが、渦流状（またはゼリーロール）に巻かれることによって形成される電極群をケース内に設置した後、外部端子が形成されたキャップ組立体を前記ケースに設置することによって形成される。
【０００４】
そして、前記正極及び負極のそれぞれには、電池起電時に発生する電流を集電する機能を発揮するために、導電性のリードエレメントが取り付けられ、このリードエレメントは正極及び負極のそれぞれにおいて発生した電流を正極及び負極端子に誘導する。
【０００５】
しかし、前記正極端子及び負極端子からなる電極群と外部端子を連結するリードエレメントが一つに備えられる時には、電極組立体の各部位から発生した電圧の引出しが容易ではなく、電極群とリードエレメントが溶接された領域と、この領域から離隔する領域との間に電位差の発生を招く。この電位差は、電池の充電及び放電が継続した場合、リードエレメントと溶接される部位における劣化を深刻化させ、結果的には電池の出力低下と寿命を短縮させる。このような現象は短時間に充電と放電とが繰り返されるモータ駆動用電池において、顕著に現れる。
【０００６】
このため、高出力の二次電池を製造するにあたって、リードエレメントとしてマルチタブを使用するものがある（特許文献１）。
【０００７】
しかし、前記文献に記載された技術をはじめとする従来の技術における二次電池では、マルチタブが、電極群を形成する正極及び負極集電体に溶接で取り付けられたり、またはこの集電体の一部分に形成されるが、このような場合には、当該二次電池の製造工程において、多くの作業が必要となり、作業効率が低下する。
【０００８】
また、マルチタブ方式のリードエレメントは、正極及び負極に部分的に連結されて、正極及び負極から発生した電流を集電する。このため、モータ駆動用電池のように高出力を必要とする電池の場合には、これに相応する十分な電流集電が図られずに、当該電池の特性を低下させる確率が多い。
【特許文献１】特開２００３−７３４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明はリードエレメント及びこのリードエレメントと電極群との結合構造を改善して、集電効率を向上させることのできる二次電池を提供する。
【００１０】
また、本発明は製造工程における作業効率を向上させることができる二次電池を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明による二次電池は、正極、負極及び前記正極と前記負極との間に配置されるセパレータを含む電極群と、前記電極群が内蔵されるケースと、前記ケースに結合されることによって前記ケースを密閉するためのキャップ組立体と、前記キャップ組立体に設置され、前記電極群にそれぞれ電気的に接続される正極端子及び負極端子と、前記電極群、前記正極端子、及び前記負極端子に電気的に接続されるリードエレメントとを含む。前記正極及び前記負極は、活物質が塗布されない正極無地部及び負極無地部をそれぞれ有し、前記リードエレメントは、前記正極無地部及び前記負極無地部の外周部における少なくとも１／２以上の範囲の領域と結合される。
【００１２】
前記正極無地部及び前記負極無地部は、複数層構造を呈するとともに、互いに対向するように配置され、前記リードエレメントは、前記正極無地部の外周部と前記負極無地部の外周部とに結合されうる。
【００１３】
前記電極群は、前記正極無地部、前記負極無地部、及び前記セパレータがゼリーロールタイプに巻かれることによって形成される。
【００１４】
前記電極群は、前記正極無地部、前記負極無地部、及び前記セパレータがゼリーロールタイプに巻かれた状態で、加圧されることによって、プレートタイプに形成されうる。
【００１５】
前記リードエレメントは、前記正極無地部及び前記負極無地部が有する少なくとも一対の辺を覆いながら、前記正極無地部及び前記負極無地部に結合されうる。
【００１６】
前記リードエレメントは、前記正極無地部及び前記負極無地部の外周部における互いに対向する２つの側面のうち、少なくとも一方の側面を覆うように、前記正極無地部及び前記負極無地部に結合されうる。
【００１７】
前記リードエレメントは、前記正極無地部及び前記負極無地部に溶接で固定されうる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、リードエレメントと電極群無地部との接触面積が広くなって接触抵抗を減らすことによって、電流集電効率を向上させて、高出力の電池を提供することができる。
【００１９】
したがって、本発明は、高出力性能が要求されるハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）、無線掃除機、電動自転車、電動スクーターなどのようにモータを使用して作動する機器におけるモータを駆動するためのエネルギー源として使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は本発明の実施形態における二次電池を示した斜視図であり、図２は本発明の実施形態における電極群を示した分解斜視図である。これらの図面を参照して本発明の二次電池を説明する。
【００２１】
本実施例の二次電池は、六面体形状を呈し、一部が開放されたケース１１に、絶縁体であるセパレータ２１を間に介在させて正極２２及び負極２３を巻くことによって形成した電極群２０を挿入し、ケース１１の開放された部分をキャップ組立体３０で密封した形態に構成される。
【００２２】
ケース１１は、アルミニウム、アルミニウム合金、またはニッケルがメッキされたスチールなどの導電性金属材で形成され、その形状は、前記電極組立体２０が挿入できる開口部１１ａが形成された六面体形状であるが、必ずしも、これに限定される必要はない。
【００２３】
電極群２０は、正極２２と負極２３との間にセパレータ２１を介在させた状態で、これらを巻線軸Ｏを中心にしてゼリーロールタイプに巻くことによって形成される。ゼリーロールタイプに巻かれた電極群２０は、加圧されることによって、最終的にプレートタイプに形成される。
【００２４】
この電極群２０の両端部のそれぞれには、正極無地部２２ａと負極無地部２３ａとが対向するように配置される。正極無地部２２ａと負極無地部２３ａは、電極群２０がゼリーロールタイプに形成されることによって、複数層構造を呈する。
【００２５】
正極無地部２２ａ及び負極無地部２３ａは、それぞれ活物質２２ｃ，２３ｃが塗布されていない部位であって、それぞれ正極集電体２２ｂと負極集電体２３ｂの一方の側端に形成され、正極無地部２２ａ及び負極無地部２３ａに結合されるリードエレメント５０，７０と共に、電極群２０で発生した電流を集電する媒体となる機能を発揮する。
【００２６】
このような電極群２０とリードエレメント５０，７０は、正極無地部２２ａ及び負極無地部２３ａ（以下、無地部２２ａ，２３ａと略記する。）が左右の両端部に配置される状態でケース１１に内蔵される。
【００２７】
キャップ組立体３０は、ケース１１の開口部１１ａに固定されることによって、ケース１１を密封するベースプレート３０１を含む。
【００２８】
このベースプレート３０１には、リードエレメント５０，７０とそれぞれ電気的に接続された正極端子３０１ａと負極端子３０１ｂとが、その一部を外部に突出するように固定される。
【００２９】
正極端子３０１ａ及び負極端子３０１ｂには、それぞれネジ山Ｓが形成され、正極端子３０１ａ及び負極端子３０１ｂは、ベースプレート３０１との間にガスケット３０３を介在させた状態で、ネジ山Ｓにボルト３０５が締結されることによって、ベースプレート３０１に固定されうる。
【００３０】
また、ベースプレート３０１には、電解液注入口（図示せず）及びベント部材（図示せず）をさらに形成することができる。
【００３１】
このような本実施例の二次電池は、ハイブリッド電気自動車などのモータ駆動用電池モジュールに適用されうる。この場合、数十個の二次電池が一列に配列され、この配列上の隣接する２つの二次電池において、一方の二次電池に設けられる端子と、当該端子と極性が反対の他方の二次電池に設けられる端子とが、対向するように配置される。前記隣接する２つの二次電池は連結孔を介して直列に連結される。
【００３２】
ここで、一つの二次電池は、モータ駆動用電池モジュールに適用されるために、高出力である特性を有していなければならないが、このためには単位体積当りのエネルギー密度を高めて、電流の集電効率を向上させなければならない。
【００３３】
以下、このような点に注目して本実施例における電極群と、この電極群に結合されるリードエレメントについてより具体的に説明する。
【００３４】
はじめに、図２及び図３を用いて電極群２０について説明し、次に、図４を用いて電極群２０とリードエレメント５０，７０との結合構造について説明する。
【００３５】
図２に示すように、本実施例において、電極群２０は、正極２２と負極２３との間にセパレータ２１を介在させた状態で、これらを巻線軸Ｏを中心に巻くことによって形成する。このとき、電極群２０の両端部には、無地部２２ａ，２３ａが、セパレータ２１上に突出するように形成される。
【００３６】
より詳しくは、図２に示すように正極及び負極用活物質２２ｃ，２３ｃを集電体２２ｂ，２３ｂのそれぞれにコーティングして、正極２２と負極２３を形成し、これらを巻線軸Ｏを中心にゼリーロールタイプに巻いた状態でプレス機のような加圧装置で加圧して図３に示すようにプレートタイプに形成する。
【００３７】
つまり、正極２２と負極２３との間に、正極２２と負極２３とを絶縁するためのセパレータ２１を介在させた状態で、これらを巻くことによって形成される円筒形の電極群を、プレス機で加圧して、プレートタイプの電極群２０を最終的に形成する。
【００３８】
このとき、無地部２２ａ，２３ａは、正極２２と負極２３とのそれぞれの幅方向の端部、つまり、集電体２２ｂ，２３ｂの側端部に形成される。また、正極２２と負極２３とがセパレータ２１を介して交互に配置されて巻かれた状態において、正極無地部２２ａと負極無地部２３ａはそれぞれ複数層構造を呈する。
【００３９】
この状態から、正極無地部２２ａと、負極無地部２３ａとのそれぞれにおける層間を、集電効率の向上のために密着する。このとき、層間が密着した正極無地部２２ａ及び負極無地部２３ａの厚さは、電極群２０の他の部位の厚さよりも薄くなる。
【００４０】
このように層間が密着した正極無地部２２ａと負極無地部２３ａとに、リードエレメント５０，７０が結合されるが、これについて、図４〜６を参照して説明する。
【００４１】
リードエレメント５０，７０が結合される無地部２２ａ，２３ａは、上述したように巻線軸Ｏと直交する方向（図４に示すＺ軸方向）に形成され、高さＨ，Ｈ’が、それぞれ幅Ｗ，Ｗ’よりも長い長方形を呈する。
【００４２】
リードエレメント５０，７０は、無地部２２ａ，２３ａの外周部における少なくとも１／２以上の範囲の領域と接触される。
【００４３】
ここで、リードエレメント５０，７０が接触する無地部２２ａ，２３ａの外周部とは、複数層構造を呈する無地部２２ａ，２３ａの最外郭の部位を意味し、本実施例では、リードエレメント５０，７０は、無地部２２ａ，２３ａの外周部における１／２程度の範囲の領域、言い換えれば無地部２２ａ，２３ａの外周部の互いに対向する２つの側面のうち、少なくとも一方の側面を全体的に覆うように、無地部２２ａ，２３ａと結合される場合を例示している。
【００４４】
リードエレメント５０，７０の先端は、ケース１１の内部に配置された正極端子３０１ａと負極端子３０１ｂの一部分に接触して結合される（図１参照）。
【００４５】
一方、リードエレメント５０，７０と無地部２２ａ，２３ａとは、溶接によって結合される。
【００４６】
この溶接は、図４に示すように、無地部２２ａ，２３ａ上にリードエレメント５０，７０が配置された状態で、リードエレメント５０，７０上に設定される溶接ポイントＰに抵抗溶接や超音波溶接が施される。このとき、溶接ポイントＰの数は、リードエレメント５０，７０が無地部２２ａ，２３ａから浮き上がる現象が発生しないように、無地部２２ａ，２３ａの外周部の面積に基づき設定される。
【００４７】
図５は、電極群２０を図４に示すＹ方向から見た正面図であり、図６は、電極群２０を図４に示すＸ方向から見た側面図である。
【００４８】
このようにリードエレメント５０，７０を無地部２２ａ，２３ａのそれぞれに結合させることによって、無地部２２ａ，２３ａとリードエレメント５０，７０との接触面積が広くなるので、接触抵抗によって集電効率が低下することを防止することができる。
【００４９】
また、本実施例の二次電池では、無地部全体を通じて電流の集電が行われるために、集電体上にタブを部分的に配置して、電流の集電が行われる従来の二次電池に比べて均一に電流の集電を行うことができ、さらに一つのリードエレメントを無地部に結合させることによって上述した効果が得られるために、複数個のタブを集電体に配置して電流集電を行う従来の二次電池に比べて製造面において有利である。
【００５０】
図７Ａ〜７Ｃは、本発明の他の実施形態において電極群にリードプレートが結合された状態を示した側面図である。
【００５１】
図７Ａに示されたリードエレメント８０は、無地部８２の外周面において互いに対向する２つの側面の両方の側面を部分的に覆うように無地部８２と密着された状態に結合され、図７Ｂに示されたリードエレメント８４は無地部８６の外周面において互いに対向する２つの側面のうち一方の側面を全体的に覆うとともに、他方の側面を部分的に覆うように無地部８２と密着して結合され、図７Ｃに示されたリードエレメント８８は無地部９０の外周面を全体的に覆うように無地部８２と密着して結合される場合である。
【００５２】
ここで、リードエレメント８０，８４，８８と無地部８２，８６，９０は、正極及び負極に共通に適用することができる。
【００５３】
このように他の実施形態においては、リードエレメントが、無地部の外周部における２／３以上の範囲の領域と結合することによって、無地部との接触面積を増やしてその電流集電効果を極大化させることができる。
【００５４】
前記では本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれに限定されず、特許請求の範囲、発明の詳細な説明、及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することができ、これも本発明の範囲に属することは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施形態における二次電池を示した斜視図である。
【図２】本発明の実施形態における電極群を示した分解斜視図である。
【図３】本発明の実施形態における電極群を示した斜視図である。
【図４】本発明の実施形態において電極群にリードエレメントが結合された状態を示した斜視図である。
【図５】本発明の実施形態において電極群にリードエレメントが結合された状態を示した正面図である。
【図６】本発明の実施形態において電極群にリードエレメントが結合された状態を示した側面図である。
【図７Ａ】本発明の他の実施形態において電極群にリードエレメントが結合された状態を示した側面図である。
【図７Ｂ】本発明の他の実施形態において電極群にリードエレメントが結合された状態を示した側面図である。
【図７Ｃ】本発明の他の実施形態において電極群にリードエレメントが結合された状態を示した側面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１１    ケース、
１１ａ    開口部、
２０    電極群、
２１    セパレータ、
２２    正極、
２２ａ    正極無地部、
２２ｂ    正極集電体、
２２ｃ、２３ｃ    活物質、
２３    負極、
２３ａ    負極無地部、
２３ｂ    負極集電体、
３０    キャップ組立体、
５０、７０、８０、８４    リードエレメント、
８２、８６、８８、９０    無地部、
３０１    ベースプレート、
３０１ａ    正極端子、
３０１ｂ    負極端子、
３０５    ボルト、
Ｏ    巻線軸、
Ｓ    ネジ山。
【図１】
2006012830.tif 000003
【図２】
2006012830.tif 000004
【図３】
2006012830.tif 000005
【図４】
2006012830.tif 000006
【図５】
2006012830.tif 000007
【図６】
2006012830.tif 000008
【図７Ａ】
2006012830.tif 000009
【図７Ｂ】
2006012830.tif 000010
【図７Ｃ】
2006012830.tif 000011